Resumo: Nos últimos anos, ligas de níquel-titânio têm sido usadas em odontologia devido suas propriedades mecânicas favoráveis e resistência a corrosão. Portanto, no meio ambiente oral, elas são sujeitas a fluidos agressivos e variação de pH podendo levar a liberação de íons de níquel para tecidos e fluidos do corpo. Modificações na superfície destas ligas têm sido realizadas usando tratamentos mecânico, eletroquímico, químico e físico. Carbono amorfo hidrogenado (a-C:H) obtido por técnicas de deposição tem muitas propriedades atrativas tais como alta dureza superficial, inércia química e biocompatibilidade. Desse modo, como a fricção é em função das superfícies dos braquete e fios, o propósito deste trabalho foi avaliar a influência do tratamento de superfície na fricção de fios ortodônticos. Neste estudo in vitro, filmes a-C:H foram depositados em fios ortodônticos de níquel-titânio empregando a técnica PECVD (Deposição Química por Plasma de Rádio frequência). O arranjo estrutural dos filmes de DLC foi avaliado por espectroscopia de Raman e a adesão por ensaio de risco (scratching). As amostras foram divididas em dois grupos, com e sem tratamento de superfície e as forças friccionais foram avaliadas empregando-se um dispositivo confeccionado em laboratório. Os valores obtidos foram comparados usando test t-student. O resultado mostrou que fios de NiTi não tiveram uma diferença estatística significante (P>0,05) na fricção após tratamento de superfície / Abstract: In the last years, nickel-titanium alloys have been used in dentistry due their excellent mechanical properties and corrosion resistance. However, in oral environment, they are subject aggressive fluids and pH variation can be leave nickel ions release to body tissues and fluids. Surface modifications of these alloys have been realized using mechanical, electrochemical, chemical and physical treatments. Hydrogenated amorphous carbon (a-C:h) prepared by deposition techniques have very attractive properties such as high hardness, chemical inertness and biocompatibility. Thus, as the friction is a function of the surfaces of the wires and brackets is very important to evaluate them after the coating. The purpose of this work was to evaluate the influence of surface treatment in the friction of the orthodontics wires. In this vitro study,a -C:H films were deposited on orthodontics bracket by r.f. plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD). The structural arrangement of DLC films was probed by Raman spectroscopy and adhesion was eveluated by scratching. Samples were divided in two groups, with and without surface treatment and frictional forces were measured with a custom made jig. The values obtained were compared using student's t-test. The results showed that NiTi wires no had a statistically significant differenc (P.0,05) in friction after surface treatment / Orientador: Ana Paula Rosifini Alves Claro / Coorientador: Weber José da Silva Ursi / Banca: Cristiane Aparecida de Assis Claro / Banca: Humberto Lopes Rodrigues / Mestre

Orientador: Carlos Roberto Grandini / Banca: Luis Augusto Sousa Marques da Rocha / Banca: Hugo Ricardo Zschommler Sandim / Banca: Lauralice de Campos Franceschini Canale / Banca: Sinara Borborema Gabriel / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em diversos campi / Resumo: Titânio e suas ligas são utilizados na área biomédica principalmente como implantes cardiovasculares, ortopédicos e dentários, devido à elevada razão resistência mecânica e densidade, baixo módulo de elasticidade, excelente resistência à corrosão e ao desgaste, além de comprovada biocompatibilidade. O zircônio apresenta propriedades químicas semelhantes ao tiânio, podendo melhorar a resistência mecânica e de corrosão.O molibdênio é um forte β-estabilizador, que pode diminuir o módulo de elasticidade e melhorar a resistência à corrosão. Neste trabalho foram analisados os efeitos dos elementos de liga e tratamentos termomecânicos em ligas de Ti-15Zr-xMo (x= 5, 15 e 20 %p), visando aplicações biomédicas. A qualidade das amostras foi avaliada por espectrometria óptica, EDS, mapeamento químico e medidas de densidade. A caracterização estrutural foi obtida por medidas de DRX e análise pelo método de Rietveld. A caracterização microestrutural foi realizada por MO, MEV e MET. As propriedades mecânicas foram analisadas por medidas de microdureza Vickers e módulo de elasticidade. As caracterizações químicas indicaram uma boa qualidade das ligas para o estudo. A caracterização estrutural indicou uma estrutura cristalina com fases a"+β para a liga Ti-15Zr-5Mo, fase β metaestável para a liga Ti-15Zr-10Mo, e fase β para Ti-15Zr-15Mo e Ti-15Zr-20Mo. A caracterização microestrutural exibiu a formação da fase "a" na forma de estruturas aciculares finas e a fase β como grãos equiaxiais. A análise mecânica indicou que a dureza e o módulo de elasticidade das ligas foram sensíveis à concentração de molibdênio. A microestrutura e propriedades mecânicas analisadas apresentaram também dependências do teor de oxigênio intersticial, além disso, os tratamentos termomecânicos possibilitaram a alteração da microestrutura das ligas significativamente. Não foram observados efeitos citotóxicos em nenhuma... / Abstract: Titanium and its alloys are used in the biomedical area primarily as cardiovascular, orthopedic and dental implants, due to the high mechanical resistance and density ratio, low modulus of elasticity, excellent corrosion and wear resistance, plus proven biocompatibility. The zirconium presents similar chemical properties to titanium, and can improve the mechanical and corrosion resistance. Molybdenum is a strong β-stabilizer, which can decrease the modulus of elasticity and improve corrosion resistance. In this work we analyzed the effects of alloying elements and thermomechanical treatments in Ti-15Zr-xMo (x= 5, 10, 15 and 20 wt%) alloys, aiming at biomedical applications. The quality of the samples was evaluated by optical spectrometry, EDS, chemical mapping and density measurements. The structural characterization was obtained by DRX measurments and analysis by the Rietveld's method. The microstructural characterization was performed by OM, SEM and TEM. The mechanical properties were analyzed by measures of Vickers microhardness and modulus of elasticity. The chemical characterizations indicate a good quality of alloys for the study. The structural characterization indicated a crystalline structure with a"+β phases for Ti-15Zr-5Mo alloy, mestable β phase for Ti-15Zr-10Mo alloy, and β phase for Ti-15Zr-15Zr and Ti-15Mo-20Mo alloys. The microstructural characterization exhibited the formation of a" phase in the form of fine acicular structures and β phase as equiaxial grains. The mechanical analysis indicated that the hardness and modulus of elasticity of the alloys were sensitive to the concentration of molybdenum. The microstructure and mechanical properties were analyzed also with interstitical oxygen dependence, moreover, the thermomechanical treatments change significantly the microstructure of alloys. Cytotoxic effects were not observed in any of the studied alloys. The Ti-15Zr-15Mo presented better mechanical compatibility and... / Doutor

Made available in DSpace on 2015-08-20T17:10:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-03-30. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-20T17:27:01Z : No. of bitstreams: 1 000842011.pdf: 9116048 bytes, checksum: 1af1dd19206b525a42f2d99d07002ca8 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Titânio e suas ligas são utilizados na área biomédica principalmente como implantes cardiovasculares, ortopédicos e dentários, devido à elevada razão resistência mecânica e densidade, baixo módulo de elasticidade, excelente resistência à corrosão e ao desgaste, além de comprovada biocompatibilidade. O zircônio apresenta propriedades químicas semelhantes ao tiânio, podendo melhorar a resistência mecânica e de corrosão.O molibdênio é um forte β-estabilizador, que pode diminuir o módulo de elasticidade e melhorar a resistência à corrosão. Neste trabalho foram analisados os efeitos dos elementos de liga e tratamentos termomecânicos em ligas de Ti-15Zr-xMo (x= 5, 15 e 20 %p), visando aplicações biomédicas. A qualidade das amostras foi avaliada por espectrometria óptica, EDS, mapeamento químico e medidas de densidade. A caracterização estrutural foi obtida por medidas de DRX e análise pelo método de Rietveld. A caracterização microestrutural foi realizada por MO, MEV e MET. As propriedades mecânicas foram analisadas por medidas de microdureza Vickers e módulo de elasticidade. As caracterizações químicas indicaram uma boa qualidade das ligas para o estudo. A caracterização estrutural indicou uma estrutura cristalina com fases a+β para a liga Ti-15Zr-5Mo, fase β metaestável para a liga Ti-15Zr-10Mo, e fase β para Ti-15Zr-15Mo e Ti-15Zr-20Mo. A caracterização microestrutural exibiu a formação da fase a na forma de estruturas aciculares finas e a fase β como grãos equiaxiais. A análise mecânica indicou que a dureza e o módulo de elasticidade das ligas foram sensíveis à concentração de molibdênio. A microestrutura e propriedades mecânicas analisadas apresentaram também dependências do teor de oxigênio intersticial, além disso, os tratamentos termomecânicos possibilitaram a alteração da microestrutura das ligas significativamente. Não foram observados efeitos citotóxicos em nenhuma... / Titanium and its alloys are used in the biomedical area primarily as cardiovascular, orthopedic and dental implants, due to the high mechanical resistance and density ratio, low modulus of elasticity, excellent corrosion and wear resistance, plus proven biocompatibility. The zirconium presents similar chemical properties to titanium, and can improve the mechanical and corrosion resistance. Molybdenum is a strong β-stabilizer, which can decrease the modulus of elasticity and improve corrosion resistance. In this work we analyzed the effects of alloying elements and thermomechanical treatments in Ti-15Zr-xMo (x= 5, 10, 15 and 20 wt%) alloys, aiming at biomedical applications. The quality of the samples was evaluated by optical spectrometry, EDS, chemical mapping and density measurements. The structural characterization was obtained by DRX measurments and analysis by the Rietveld's method. The microstructural characterization was performed by OM, SEM and TEM. The mechanical properties were analyzed by measures of Vickers microhardness and modulus of elasticity. The chemical characterizations indicate a good quality of alloys for the study. The structural characterization indicated a crystalline structure with a+β phases for Ti-15Zr-5Mo alloy, mestable β phase for Ti-15Zr-10Mo alloy, and β phase for Ti-15Zr-15Zr and Ti-15Mo-20Mo alloys. The microstructural characterization exhibited the formation of a phase in the form of fine acicular structures and β phase as equiaxial grains. The mechanical analysis indicated that the hardness and modulus of elasticity of the alloys were sensitive to the concentration of molybdenum. The microstructure and mechanical properties were analyzed also with interstitical oxygen dependence, moreover, the thermomechanical treatments change significantly the microstructure of alloys. Cytotoxic effects were not observed in any of the studied alloys. The Ti-15Zr-15Mo presented better mechanical compatibility and... / FAPESP: 2010/20440-7

Orientador: Carlos Roberto Grandini / Banca: Maria Rosifini Alves Rezende / Banca: Valentim Adelino Ricardo Barão / Resumo: Com o aumento da população mundial, o crescimento dos acidentes de trânsito e o aumento da expectativa de vida crescem cada vez mais a necessidade do uso de implantes, dentários e ortopédicos. Pesquisadores vêm trabalhando para o aperfeiçoamento dos biomateriais utilizados, melhorando a funcionalidade e aumentando a vida útil no corpo humano. O módulo de Young das ligas já utilizadas é ainda cerca de 2 a 4 vezes maior que o do osso humano. A liga de titânio mais utilizada para aplicações biomédicas é a Ti-6Al-4V, porém, estudos anteriores mostraram que o vanádio causa reações alérgicas nos tecidos humanos e o alumínio tem sido associado com desordens neurológicas. Assim, novas ligas de titânio sem a presença desses elementos estão sendo desenvolvidas, geralmente com elementos β-estabilizadores, que diminuem o módulo de elasticidade. O manganês é um forte candidato como elemento de liga para o desenvolvimento de novas ligas de titânio do tipo β, em razão de sua abundância e baixa citotoxicidade. O objetivo deste trabalho foi preparar e caracterizar novas ligas do sistema Ti-Mo-Mn, visando aplicações biomédicas. As ligas foram projetadas utilizando as teorias do Orbital Molecular e do molibdênio equivalente, foram obtidas por fusão a arco e caracterizadas química, estrutural, microestrutural, mecânica, e citotoxicamente, com o propósito de melhor compreender a relação entre a microestrutura e propriedades da liga. As ligas estudadas Ti-10Mo-5Mn e Ti-15Mo-5Mo apresentaram valore... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: LOURENÇO, M.L. Development and c haracterization of n ew a lloys containing Titanium, Molybdenum and Manganese for b iomedical a pplications. 2018. 6 2 p. Dissertation (Master in M a terials Science and Tec h n o logy) UN ESP, Bauru (SP), 2018 . ABSTRACT With the increase of the world population, the growth of traffic accidents and the increase in life expectancy, the need for the use of implants, dental and orthopaedics, is growing more and more. Researchers have been wor king towards the improvement of the used biomaterials, improving the functionality and increasing the useful life in the human body. Young's modulus of the alloys already used is still about 2 to 4 times larger than the human bone. The most commonly used t itanium alloy for biomedical applications is Ti - 6Al - 4V, but previous studies have shown that vanadium causes allergic reactions in human tissues and aluminum has been associated with neurological disorders. Thus, new titanium alloys without the presence of these elements are being developed, usually with β - stabilizers, which diminish the elastic modulus. Manganese is a strong candidate as an alloy element for the development of new β - type titanium alloys, due to its abundance and low cytotoxicity. The aim of this work was to prepare and characterize new al loys of the Ti - Mo - Mn system, aiming at biomedical applications. The alloys were designed using the the molecular orbital and the equivalent molybdenum theories, were obtained by arc - melti... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Maria Odila Hilário Cioffi / Banca: Marcelo dos Santos Pereira / Banca: Miguel Justino Ribeiro Barboza / Banca: Carlos Antonio Reis Pereira Baptista / Banca: Carlos Moura Neto / Resumo: Na indústria aeronáutica, propriedades como elevada razão resistência mecânica/peso e resistência à corrosão são as razões principais para o uso das ligas de titânio em componentes estruturais, substituindo ligas de alumínio e de aço. Contudo, em componentes mecânicos submetidos ao desgaste, a estrutura hexagonal compacta do titânio somada ao baixo limite de resistência ao cisalhamento requer o uso do material base com um tratamento superficial específico. Os componentes de trem-de-pouso, geralmente submetidos a um ambiente corrosivo sob carregamentos cíclicos, exigem caracterização quanto a resistência à fadiga. Nesta pesquisa é realizado o estudo do comportamento em fadiga da liga Ti-6Al-4V tratada superficialmente em 3 condições: Anodizada, revestida por HVOF com carbeto de tungstênio; e revestida com TiN, CrN e WC por PVD. Os ensaios pino-disco proporcionam uma análise comparativa da resistência ao desgaste dos revestimentos estudados. O principal objetivo deste estudo é avaliar o comportamento em fadiga e ao desgaste da liga Ti-6Al-4V sob diferentes tratamentos superficiais de tal forma que esse material possa substituir as ligas de aço atualmente utilizadas em componentes aeronáuticos. Os resultados mostram que a liga Ti-6Al-4V revestida com WC:H (DLC) por PVD é o melhor sistema de revestimento a ser empregado considerando o desempenho em resistência a fadiga e ao desgaste. / Abstract: In the aeronautical industry, properties as high strength/weight ratio and effective corrosion resistance are primary reasons for the use of titanium alloys in structural components, in the replacement of steel or aluminum alloys. In mechanical components subjected to friction, the titanium hexagonal close packed crystalline structure in addition to the low shear resistance limit the use of the base material as received, then a specific surface treatment is required. Fatigue strength is an important property for components under cyclical loading and corrosive environment as landing gears. This research presented an evaluation of fatigue strength of Ti-6al-4V alloy in three main conditions: anodized, coated by HVOF with WC-10%Co-4% Cr and coated by PVD with TiN, CrN e WC. The pin-disc tests were carried out to obtain a comparative analysis among coatings wear resistance. The main propose of this research is replace the AISI 4340 alloy by Ti-6Al-4V, reducing the aeronautic component weight. Ti-6Al-4V DLC coated by PVD process is the chosen coating system alternative considering fatigue and wear resistance. / Doutor

M.Ing. / This dissertation documents the stages involved in determining the parameters that define surface integrity. Chapter one gives a basic introduction to the project; the problem statement; scope of work and project obstacles. This chapter laid down the requirements for the literature study in Chapters two and three. The literature study discusses machining, high-speed machining, titanium alloys and high speed machining of titanium alloys. Information from the literature study was used to determine the experimental program presented in Chapter 4. Two materials were investigated in this study: grade 2 titanium (commercially pure) and grade 5 titanium (an alloy containing 6% Aluminium and 4% Vanadium). A fixed feed rate of 0.25mm/rev was selected. Two depths of cut were used: 0.2mm and 1mm. Cuts were performed both lubricated and un-lubricated. Different cutting speeds were used both inside and outside recommended ranges. Surface roughness tests, optical microscopy, scanning-electron microscopy, microhardness tests and x-ray diffraction were used in the experimental program. Results obtained presented trends seen in previous work on surface integrity. Efforts were made to reduce errors in obtaining and examining data. Conclusions were drawn with regards to each surface integrity parameter tested for. It was found that different cutting speeds affect each surface integrity parameter differently.

Mechanical fasteners are used extensively in the joining of two or more metal plates or sheets. Riveted joints have been the joints of choice mainly for the Aerospace Industry. However for this research, Friction Hydro Pillar Processing has been used to develop and characterise a new riveting technique termed Friction Hydro Pillar Riveting (FHPR). Two overlapping 3.17 mm Ti-6Al-4V sheets were joined together using Ø6 mm rivet which was friction processed. This research has focussed on the initial development of Friction Hydro Pillar Riveting thereby establishing a basic understanding of the influences of main process parameters, rotational speed and axial force - and also joint configurations. The results showed that with a decrease in the bottom hole chamfer angle, there was resulting overall increase in the rivet joint pull off strength. From the best performing joint configuration in pull off tests, shear tests were conducted whilst a blind hole FHPR joint was also done and tested in pull off and shear strength. The shear test fracture surfaces exhibited ductile failure. The microstructure of the joints was thus evaluated. From parent material, heat affected zone and to weld zone there was a variation in the microstructure analysed. The hardness profiles showed increased hardness in the weld zone which partly explained the shear results. The hardness increase was mainly due to grain refinement in the weld zone by the Friction Hydro Pillar Riveting process.

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The current understanding of the atomic scale phenomenon associated with the influence of beta phase instabilities on the evolution of microstructure in titanium alloys is limited due to their complex nature. Such beta phase instabilities include phase separation and precipitation of nano-scale omega and alpha phases in the beta matrix. The initial part of the present study focuses on omega precipitation within the beta matrix of model binary titanium molybdenum (Ti-Mo) alloys. Direct atomic scale observation of pre-transition omega-like embryos in quenched alloys, using aberration-corrected high resolution scanning transmission electron microscopy and atom probe tomography (APT) was compared and contrasted with the results of first principles computations performed using the Vienna ab initio simulation package (VASP) to present a novel mechanism of these special class of phase transformation. Thereafter the beta phase separation and subsequent alpha phase nucleation in a Ti-Mo-Al ternary alloy was investigated by coupling in-situ high energy synchrotron x-ray diffraction with ex-situ characterization studies performed using aberration corrected transmission electron microscopy and APT to develop a deeper understanding of the mechanism of transformation. Subsequently the formation of the omega phase in the presence of simultaneous development of compositional phase separation within the beta matrix phase of a Ti-10V-6Cu (wt%) alloy during continuous cooling has been investigated using a combination of transmission electron microscopy and atom probe tomography. The results of these investigations provided novel insights into the mechanisms of solid-state transformations in metallic systems by capturing the earliest stages of nucleation at atomic to near atomic spatial and compositional resolution.

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